全面解析全桥DC-DC变换器的原理及应用

首先，我们先来看一下全桥变换器的工作原理，全桥电路结构如下图所示，

全桥变换器的基本工作原理是直流电压Vin 经过Q1、D1～Q4、D4组成的全桥开关变换器，在高频变压器初级得到高频交流方波电压，经变压器降压，再全波整流变换成直流方波，最后通过电感L、电容C组成的滤波器，在R上得到平直的直流电压。全桥直流变换器由全桥逆变器、高频变压器和输出整流滤波电路组成，也属于直流-交流-直流变换器。

图1

然后，我们再来了解一下全桥DC-DC变换器的控制方式，我们都知道，全桥变换器本质上有三种基本的控制方式，分别是双极性控制、有限双极性控制和移相控制。下面来简要说明几种控制方式的区别。 我们先来学习一下双极性控制方式，这种控制方式的开关管Q2和Q3、Q1和Q4同时开通和关断，两对开关管以PWM方式交替开通和关断，其开通时间不超过半个开关周期，即它们的开通角小于180度。当Q1和Q4导通时，Q2和Q3上的电压为Vin，反之亦然。当四个开关管全都处在截止状态时，每个开关管所承受的电压为Vin/2。由高频变压器的漏感与开关管结电容在开关过程中产生高频振荡所引起的电压尖峰，当其超过输入电压时，钳位二极管Dl～D4将导通，使开关管两端的电压被限制在输入电压上。这种控制方式是过去全桥电路最基本的方式。各开关管的驱动波形和工作波形如图所示。

图2

学习了双极性控制方式，我们再来了解一下有限双极性控制方式，它的电路中同一个桥臂的两个开关管(例如Q2，Q4)180度互补导通，另一个开关桥臂的两个开关管的导通占空比可调。在正半周期中，Q4一直开通，Q1只开通一段时间。在负半周期中，Q2一直开通，Q3只开通一段时间。Q1和Q3分别在Q4 和Q2之前关断，定义Q1和Q3组成的桥臂为超前桥臂，Q2和Q3组成的桥臂为滞后桥臂。 各开关管的驱动波形和工作波形如图所示。

图3

相比双极性控制方式和有限双极性控制方式，移相控制方式有些许的不同点，移相控制方式的每个桥臂的两个开关管180度互补导通，两个桥臂的导通之间相差一个相位，即所谓移相角。通过调节移相角的大小来调节输出脉冲宽度，从而达到调节相应的输出电压的目的。Q1，Q3的驱动信号分别领先于Q4，Q2，可以定义Q1，Q3组成的桥臂为超前桥臂，Q2，Q4组成的桥臂为滞后桥臂。各开关管的驱动波形和工作波形如图所示。

图4